冷藏和冻藏方式对刺梨果品质和风味的影响

王令,左云洋,李久长,魏茂洋,胡萍

(贵州大学 酿酒与食品工程学院,贵州 贵阳,550025)

刺梨(RosaroxburghiiTratt),又名刺莓果、文先果,属蔷薇科蔷薇属灌木的一种,是多年生落叶灌木缫丝花的果实,主要生长于中国西南地区[1]。刺梨中富含维生素C、黄酮、多酚、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、多糖等物质,具有较高的食用和药用价值[1-2]。刺梨是贵州省推进农村产业革命,助力乡村振兴与脱贫攻坚的主导产业之一[3]。截至2020年,刺梨在贵州省的种植面积已达200万亩,占全国刺梨种植面积的90%以上,刺梨鲜果产量10万t,加工成原汁4.05万t[4]。然而,刺梨存在采收量大、采收期短、采收后呼吸旺盛、不耐储存等问题,若不及时处理,将造成营养成分流失,严重降低商业和食用价值[5]。随着刺梨产业的发展,传统的冷藏保鲜存在产品贮藏时间短、易腐败变质等问题,难以满足需求。而冻藏主要表现为产品供应的持续性和稳定性,可以为解决刺梨采收集中、加工压力大等瓶颈问题提供途径。因此,为提高刺梨采收后品质及延长保藏期,探寻刺梨加工技术与方法的研究十分必要。

食品冻藏指的是采用缓冻或速冻方法将食品进行冻结,使食品在一定低温条件以冻结状态进行保藏的方法[6]。果蔬产品的冷冻一般采用-18 ℃以下的温度,低温下微生物和酶活性下降,从而可以延缓食品劣变,达到长期贮存的目的[7-8]。果蔬冷冻在国内外已有大量研究。LIANG等[9]采用浸没式冷冻法将荔枝保藏至180 d,浸没式冷冻保藏的荔枝感官与新鲜荔枝相似。SULAIMAN等[10]将草莓整果和果泥在-70、-15 ℃进行冻藏,发现-70 ℃冻藏至30 d时草莓多酚氧化酶活性并未减弱。王绍帆等[11]通过-18 ℃对马铃薯泥冷冻保藏香气成分研究发现,冷冻过程中虽损失部分香气成分,但增加了10种醇类物质。果蔬的长时间保存一般采用缓冻,然而缓慢冻结存在冷冻速度慢,易形成大冰晶,产品质量下降等问题[12]。近年来,新型冷冻技术快速发展,如微冻、液氮速冻、浸液式速冻等[13]。其中液氮速冻是利用超低温液态氮迅速转变成气态氮,带走大量潜热,实现食品的快速冷冻技术,与传统缓冻相比,其具有冷冻速度快、形成冰晶小[14]等优点,目前已在鱼、虾等水产品的冻藏加工中应用[15]。然而,目前采用液氮速冻技术保藏刺梨鲜果的研究尚未见报道。本研究对采用液氮速冻、-20 ℃缓冻、冷藏3种不同处理条件下刺梨鲜果保藏期间的色泽、维生素C、SOD、黄酮等品质成分的变化进行检测分析,通过顶空固相微萃取-气相色谱串联质谱(headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技术分析不同低温条件下刺梨果的风味差异,探讨不同低温条件对刺梨果品质和风味的影响,为刺梨鲜果加工技术及质量管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料:刺梨鲜果,于实验当天采自贵州省龙里县刺梨沟,选用充分成熟,无霉烂、无虫眼的新鲜刺梨果,迅速运回实验室进行处理。

主要试剂:草酸;2,6-二氯靛酚;Al(NO3)3、冰乙酸,均为分析纯,麦克林生化科技有限公司;SOD试剂盒,南京建成生物工程研究所;福林酚(生化试剂)、NaNO2(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。

主要设备:6890A/5950C气相色谱质谱联用仪,美国安捷伦科技有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃头,美国Superlco公司;AR223CN(0.01 g)分析天平,瑞士梅特勒-托利多公司;ZDM-1101酶标仪,上海卓的仪器设备有限公司;HPG2132色差仪,上海三信仪表厂;752N紫外可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司;TD-45手持糖度仪,浙江托普云农科技股份有限公司;MB1001榨汁机,上海云辉电器有限公司;SD-S-3T-1H隧道式液氮速冻机,江苏科威嘉尼制冷设备有限公司。

1.2 实验方法

样品前处理:刺梨鲜果分为4 ℃冷藏组(A)、-20 ℃缓冻组(B)和液氮速冻后再于-20 ℃冻藏组(C)。冷藏组和缓冻组是将新鲜刺梨分别放置于4、-20 ℃条件中进行保藏,液氮速冻组是将新鲜刺梨放置于隧道式液氮速冻机(O2体积分数30%,制冷温度为-110 ℃,传送时间5 min)中快速冻结,再用塑料保鲜盒封装后于-20 ℃冻藏。每一盒封装的刺梨质量为500 g,每个处理30盒,3个处理共计90盒。定期从3个组中随机取出刺梨进行指标测定。

样品测定:每组随机取5～10个刺梨果放置于室温自然解冻30 min,去除杂质和籽粒,切碎,放入榨汁机中榨汁,过4层纱布,用于色差及理化指标测定。

GC-MS样品前处理方式:利用顶空固相微萃取方法对挥发性成分进行萃取,在20 mL顶空瓶中加入样品后,用DVB/CAR/PDMS固相微萃取头在60 ℃下平衡30 min,随后萃取60 min。最后于250 ℃ GC进样口解析10 min,解析后进行数据采集。

1.2.1 理化指标测定

维生素C的测定参考GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》中的2,6-二氯靛酚滴定法;总酸含量的测定参考GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》;SOD采用南京建成公司试剂盒测定;硬度采用硬度仪测定结果以N表示;可溶性固形物(total soluble solid,TSS)采用手持糖度仪测定,结果以°Brix表示;黄酮含量的测定参考硝酸铝显色法,测得标准曲线为y=0.947x-0.054 0(R2=0.999)。

1.2.2 色度测定

采用色差仪测定,在每个刺梨果周均匀取点测定,共取6次,结果取平均值,其中L*表示刺梨果的亮度,a*表示刺梨果红度,b*表示刺梨果黄度,总色差为ΔE。总色差越大,表示色度变化越明显,ΔE的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:L0*,刺梨果保藏最初的亮度值;a0*,刺梨果保藏最初的红度值;b0*,刺梨果保藏最初的黄度值。

1.2.3 微观结构观察

刺梨果的微观结构采用电子扫描显微镜测定,将样品用双面导电胶带固定在试样支架上,并喷洒一层金薄膜120 s,在电压为10 kV下加速,显微图在放大100～200倍条件下观察拍照。

1.2.4 GC-MS分析条件

GC条件:毛细管柱Agilent 19091S-436 HP-5 ms(60 μm×250 μm×0.25 μm)。载气为高纯度氦气,流速为1.0 mL/min。不分流模式,进样口温度为250 ℃。升温程序:50 ℃保持2 min,第一阶段以3.5 ℃/min升至180 ℃;第二阶段,以10 ℃/min升至210 ℃,样品分析后温度为310 ℃。

MS条件:电离方式电子轰击(EI)源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,质量扫描范围为20～500m/z。

1.3 数据处理

所得数据使用Excel进行处理,使用Origin 2021进行绘图,采用IBM SPSS Statistics 26.0软件进行统计分析,组间数据采用单因素方差分析(ANOVA),P<0.05表示差异显著。除特殊说明外,实验设置3组平行,结果以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 刺梨色差和外观的变化

从图1可知,A组刺梨果在冷藏过程中颜色不稳定,在第45天时外观上已呈现明显腐烂,而B组和C组的刺梨经过365 d的保藏仍保持较好的色泽和外观,其中C组效果最好(图1)。由表1可知,在冷藏45 d后,A组的刺梨果较第1天的L*值降低(P<0.05),这可能与刺梨果发生褐变和机械损伤有关。在4 ℃冷藏下,刺梨果多酚类物质被氧化成醌类物质,形成黑色素,产生破坏,造成膜系统的损伤,酶与底物褐变反应导致亮度下降,4 ℃冷藏下的组织结构易被破坏更易接触外界导致褐变[16]。由表1可见,经过365 d的冻藏,C组刺梨的L*值显著高于B组,第365天与第1天比较L*值无明显变化(P>0.05),而B组和A组差异显著(P<0.05),表明在长时间的冻藏中,速冻处理可以维持刺梨的亮度。各组刺梨保藏期间开始和结束时的a*值无显著差异(P>0.05),表明3种处理对刺梨果红度值影响不大。保藏45 d后,A组的刺梨b*无明显变化,而B与C组刺梨b*显著升高,经过365 d冻藏后b*也未显著降低,说明冻藏能抑制刺梨黄色素的降解。ΔE为色泽的综合评价指标,ΔE越大,说明色差值变化越大。在365 d冻藏中,B与C组的ΔE分别为14.99±3.84和9.15±4.73,说明缓冻对刺梨果的色差影响比先液氮速冻后再于-20 ℃冻藏大。综合评价,液氮速冻和-20 ℃缓冻都能够有效延长刺梨果的保藏时间,但速冻组对刺梨果的颜色和外观保持效果更好。

表1 不同处理条件保藏对刺梨色泽的变化Table 1 Changes in the colour of Rosa roxburghii Tratt preserved under different treatment conditions

图1 不同处理条件保藏刺梨外观品质的变化Fig.1 Changes in the appearance and quality of Rosa roxburghii Tratt stored under different treatment conditions

2.2 刺梨色差和外观的变化

刺梨中含有丰富的维生素C,维生素C含量变化可以作为刺梨在保藏过程中的品质指标之一。如图2所示,3种处理组刺梨的维生素C含量总体上呈现波动下降的趋势。

图2 不同处理条件保藏刺梨维生素C含量变化Fig.2 Changes in Vc content of Rosa roxburghii Tratt preserved under different treatment conditions

在保藏第1天,C组和B组的刺梨果维生素C含量高于A组(P>0.05),但第45天时,刺梨维生素C含量的下降速率为C组>B组>A组,之后呈缓慢上升趋势。刘涵玉等[17]研究不同贮藏温度对刺梨果的维生素C含量变化也出现相似变化趋势。维生素C的快速下降与褐变具有关联性[18],抗坏血酸受到O2的影响分解为脱氢抗坏血酸,进一步脱羧脱氢参加Maillard反应[19]。温度越低,冻结温差越大,刺梨果换热强度提高,加快水溶性维生素C随着水分蒸发,导致在保藏前期温度越低,损失越快[20]。在第60、90天,速冻组和缓冻组刺梨果维生素C含量突然出现升高的现象,这可能是冷冻处理在保藏中破坏了部分细胞结构,使得样品中的维生素C更容易溶出被检测到,从而造成测定结果偏高[21]。保藏365 d后,B组和C组刺梨维生素C保留率分别为(79.27±2.71)%、(78.27±0.65)%,说明刺梨果冷冻条件下长期保藏能较好地保留刺梨维生素C。

2.3 刺梨TSS、总酸含量、硬度的变化

TSS和总酸的含量影响水果的口感和风味,也是衡量品质好坏的重要指标[22]。如图3-a所示,在保藏过程中,B组刺梨的总酸变化较稳定,而C组的总酸呈波动下降趋势,说明液氮速冻处理对刺梨总酸的影响较大。在贮藏的第45天,3种条件的TSS与第1天相比明显降低,且TSS与总酸的变化趋势相似,呈现先下降后上升的趋势。陆滢等[23]对阳光玫瑰葡萄贮藏期品质研究也发现,随着贮藏时间的延长,其TSS和总酸呈现总体波动下降趋势。出现这种情况可能与汁液流失有关,在冻结过程中,由于冰晶作用,导致细胞膜通透性增大,加速了汁液流失[24]。此外,总酸的下降可能是在保藏后解冻过程中,细胞呼吸利用了总酸[25]。张方方[26]通过不同冷冻方式研究蓝莓的品质发现,-20 ℃缓冻和液氮速冻会造成汁液一定程度的损失,可能是由于液氮冻结速度极快,导致龟裂,造成部分汁液流失。由图3-a可知,经过12个月的保藏后,B组总酸含量从(18.79±0.85) g/L下降至(17.59±0.09) g/L,保留率为(93.83±0.05)%,而C组从(25.19±0.01) g/L下降至(16.79±0.02) g/L,保留率为(66.64±0.01)%。从图3-b可知,C组和B组冻藏365 d刺梨TSS变化不显著(P>0.05),冻藏过程中呈现先下降后上升再下降的变化趋势。

a-总酸;b-TSS;c-硬度

如图3-c所示,不同处理条件对刺梨果实软化有较大影响。A组在冷藏至45 d快速下降,可能是刺梨腐烂影响果实硬度。而冻藏的2个组刺梨硬度在保藏过程中呈缓慢下降趋势,但在冻藏至第180天以后呈快速下降趋势,其中C组刺梨果硬度在冻藏期间整体高于B组,说明速冻更加有利于保持刺梨果的硬度。

2.4 刺梨SOD活力、黄酮的变化

如图4-a所示,在不同条件下保藏的3组刺梨SOD活性在第1天时分别为(8 521.49±75.59)、(8 820.23±33.58)、(9 204.06±17.05) U/mL。在保藏期间SOD活性保留较好,但仍呈缓慢下降趋势。保藏至第45天,SOD出现快速下降,之后又呈缓慢上升趋势,保藏至第90天时达到最高值,之后又缓慢下降,180～365 d之间保持平稳。此外,冻藏过程中B组刺梨SOD活力整体上高于C组。但在180 d以后,2组相差不大,到365 d时分别为(7 285.63±90.97)、(7 157.89±43.82) U/mL,与第1天比较保留率分别为(82.59±0.65)%和(77.77±0.43)%,说明冻结速率对刺梨果的SOD活力有一定影响,但冻藏刺梨SOD的保留率均较高。

a-SOD活力;b-黄酮含量

由图4-b可知,处理第1天,A组、B组和C组刺梨的总黄酮含量分别为(28.96±1.65)、(24.62±0.25)、(21.20±0.94) mg/100 g,在保藏期间整体呈下降趋势,到第365天时,B组和C组刺梨总黄酮含量分别为(4.14±0.25)、(3.05±0.14) mg/100 g。保藏过程中,A组和B组刺梨黄酮波动较大,冻藏及冻藏时间对刺梨黄酮保留率影响较大。

2.5 不同处理组保藏期间刺梨微观结构的对比分析

如图5所示,为不同低温条件下的刺梨果保藏至30 d时的微观结构变化。在4 ℃冷藏下,刺梨的细胞膜断裂严重,断裂面折叠弯曲,表面出现松散结构,呈无规则状态排序。在-20 ℃缓冻条件下,刺梨果也出现部分组织损伤。但是在速冻条件下刺梨果细胞结合紧密,结构保持较好,有序排布。冻结条件和温度会对细胞空间造成影响,温度越高,食品中形成的冰晶面积越大[27]。冻结速率会影响植物组织结构,液氮速冻会快速形成大量小型冰晶,慢冻则会形成大尺寸、数量小的冰晶,快速冻结冰晶形成发生在细胞内,缓慢冻结冰晶形成发生在细胞间,这些冰晶形成变化将会造成组织的损伤[28-30]。本实验结果表明,液氮速冻对刺梨果实细胞结构影响小,为刺梨维生素C和挥发性风味成分的保留提供了结构基础。

2.6 刺梨风味成分物质分析

如电子增强出版附表所示(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035250),通过HS-SPME-GC-MS得到3种处理条件在不同保藏时间点的挥发性物质共166种。其中A组中共检测到40种挥发性风味物质,B组共检测到114种挥发性风味物质,C组共检测到139种挥发性风味物质。如图6-a所示,C组刺梨独有的风味物质有47种,B组刺梨独有的风味物质有19种,A组刺梨独有的风味物质只有3种,3组刺梨果共有的挥发性风味物质有30种,C组和B组共有61种挥发性风味物质。以上结果说明速冻对刺梨的风味保留最佳,缓冻次之,而冷藏随时间延长,刺梨风味损失较大。如图6-b所示,随着保藏时间的延长,3组刺梨挥发性物质的总量在不断增加,其中C组刺梨的总挥发性物质高于其他组,经过365 d达到最高。实验结果表明,刺梨经过液氮速冻后于-20 ℃冻藏,对刺梨的风味物质有较好的保留和聚集作用。如图6-d可知,刺梨保藏含量较为丰富的风味化合物有酯类、烃类和醛类。

a-Venn图;b-总挥发性物质数量;c-各种类数量;d-相对含量

2.6.1 酯类化合物

脂肪酸被认为是合成酯类的前体物质,如亚油酸、亚麻酸[31]。酯类为刺梨带来浓郁的果香、花香以及甜香。由图6-d可知,随着保藏时间的延长,3组刺梨酯类化合物的种类和相对百分含量逐渐增加。3组刺梨均能检测到的酯类物质有7种,主要为丁酸乙酯、乙酸乙酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯等,说明这些酯类物质在保藏期间相对比较稳定。B组和C组含量较高的酯类为乙酸乙酯(B组6.20%,C组6.90%),A组刺梨中含量较高的酯类为辛酸乙酯(7.42%),3组刺梨均检测到大量的辛酸乙酯,这与李婷婷研究结果相似[32]。辛酸乙酯具有白兰地酒香味,会对主体香味和其他非主体香味具有抑制作用,浓度太高会影响整体的风味[33]。乙酸乙酯在保藏第1天均未检测到,分别在第35天开始出现,在冻藏180 d后都呈现了增加的趋势,乙酸乙酯在低浓度时呈现出水果的芳香味,但浓度过高会有不愉快气味。酯类是提供果香味的主要物质,刺梨在保藏过程中酯类化合物种类的增加,醇类、酸类化合物种类的降低可能与保藏中发生酯化反应有关[34]。酯类化合物仅在冷藏检测到的有1种,为(E)-3-己烯-1-丁酸酯(6.48%)。冻藏过程虽损失小部分酯类物质,但增加了20种酯类物质,为(E)-3-己烯-1-乙酸酯、1-甲基乙酸己酯、甲酸己酯、乙酸丙酯等。其中,甲酸己酯(6.40%)、(E)-3-己烯-1-乙酸酯(5.75%)相对含量增加最多。

2.6.2 烃类化合物

烃类一般具有较高的阈值,对挥发性物质风味物质贡献较小[35]。3组刺梨中共检测到烃类物质48种,占总挥发性物质的28.92%,这与相关研究报道一致,刺梨中的烃类含量比较高[36]。4 ℃冷藏的烃类物质种类和相对含量在保藏过程中逐渐下降,而B组和C组刺梨的烃类物质种类逐渐增加,其中C组刺梨中烃类在冻藏前90 d较为稳定。3组刺梨能检测到的共有烃类物质有11种,其中罗勒烯在A组和B组中含量最高(A组31.61%,B组28.13%),4-甲-1-己烯在C组中含量最高(9.60%)。烃类物质在冻藏中增加了32种物质。其他种类化合物共检测到9种物质,3组共有的物质有4种,分别为甲基丁香酚、呋喃酮甲醚、榄香素和α-琼脂呋喃。

2.6.3 醛酮、酸类化合物

醛酮类主要是由于脂肪酸氧化和氨基酸代谢而来。3组刺梨共检测到醛酮类物质44种,其中醛类26种、酮类18种,约占总挥发性物质的26.51%。在保藏过程中,3组处理醛类物质种类逐渐增加,共有醛酮类物质有2种,为壬醛[37](鱼腥味、油脂味)、反式-2-癸烯醛[38](不新鲜黄油味)。A组刺梨中含量较高的醛类和酮类物质为壬醛、2-十一酮,B组刺梨中含量较高的醛酮类物质分别是壬醛、2-庚酮,C组刺梨中含量较高的醛酮类物质分别是正己醛[37](腐臭味、酸败味)、4-羟基-2-丁酮。3组样品共检测到酸类物质8种,约占总挥发性物质的4.82%左右,占比较小,原因可能是酸类物质沸点较高,挥发性弱,固相微萃取头不易吸附[36]。3组样品均能检测到的挥发性有机酸仅1种,为辛酸(腐臭味),也是各条件中占比最大的酸类。冻藏过程中,增加了醛类物质24种,酮类物质15种,冻藏损失了2种酮类物质2-十一酮、4-环己基苯乙酮。醛类物质正己醛(18.47%)相对含量增加最多。酸类物质中正己酸(不愉快椰肉油气味)增加较多。

2.6.4 醇类化合物

3组刺梨共检测到醇类化合物26种,约占挥发性物质种类的15.66%。3组刺梨检测到共有醇类物质有4种,为叶醇、乙醇、反式-3-己烯-1-醇、正辛醇。其中,含量较高的醇类物质是乙醇,在A组和B组中随保藏时间延长而逐渐增加,C组刺梨的乙醇含量先增加后降低。乙醇具有酒香味,是果实在保藏过程中乙醇代谢产生的物质。C组的乙醇含量在第35 d达到最高含量,之后随着保藏时间的延长而逐渐降低,在第180天时,未检测到乙醇。A组刺梨果在第35天发生褐变反应可能与乙醇的过度积累有关,乙醇含量先增加后降低可能是乙醇转化为乙醛和乙酸,也可能是液氮速冻超低温影响乙醇发酵代谢相关酶活性[39]。后继可以进一步深入研究。醇类物质在冻藏中增加了22种,为2-环己烯-1-醇、异香叶醇、3-己烯-1-醇、5-(2-丙炔氧基)-2-戊醇等,以5-(2-丙炔氧基)-2-戊醇(14.78%)、3-己烯-1-醇(6.12%)含量最高。

3 结论

本实验以刺梨鲜果为对象,研究了不同低温处理保藏方式(4 ℃冷藏、-20 ℃缓冻冻藏、液氮速冻后于-20 ℃冻藏)条件下,刺梨果品质和挥发性风味物质变化规律。研究结果表明,冻藏相比于冷藏条件对刺梨果的品质保持更好,保藏时间可达365 d。液氮速冻后于-20 ℃冻藏的刺梨在色泽、结构、挥发性风味物质的保留方面效果优于4 ℃冷藏和-20 ℃缓冻冻藏。冻藏与冷藏相比,损失(E)-3-己烯-1-丁酸酯、2-十一酮、4-环己基苯乙酮等风味物质,新增酯类(20种)、烃类(32种)、醛类(24种)、酮类(15种)、醇类(22种)。

总的来说,-20 ℃冻藏和先速冻再冻藏作为刺梨的保藏方式,可较好地保留刺梨维生素C和感观品质,并将刺梨果的保藏时间延长到365 d,具有较好的应用前景,后续将进一步深入研究,为刺梨鲜果的保藏和品质管理提供理论基础。